Tory Kálmán Semmelweis Egyetem, I. sz. Gyermekklinika Jó-e tudni? Genetika. Tory Kálmán Semmelweis Egyetem, I. sz. Gyermekklinika

Miért tehetjük fel a kérdést?

Mit tudtunk meg a Human Genom Projectnek köszönhetően? 9 ember (1 nő és 8 férfi) genomi nukleotid-szekvenciáját a humán genom 3,3 milliárd bázisból áll (adenin, guanin, citozin, timin) Frytillaria assyriaca

Hány génünk van? Egér: 23.000 Muslica: 14.000 C. elegans fonálféreg: 20.000

Hány génünk van? Csak 23.000! Egér: 23.000 Muslica: 14.000 C. elegans fonálféreg: 20.000

A 3,3 milliárd bázis a 23 pár kromoszómán

Tudjuk, hogy... DE: Honnan tudjuk, hogy egy betegségért hány bázis alkotja a humán genomot mi a bázissorrend van ~23 ezer génünk DE: Honnan tudjuk, hogy egy betegségért melyik gén felelős?

Honnan tudjuk, hogy egy betegségért melyik gén felelős? Egy családban két beteg és két egészséges gyermek van. A betegek tünetei megfelelnek az autoszomális recesszív policisztás vesebetegség tüneteinek. A betegségről ismert, hogy autoszomális recesszíven öröklődik. A génje nem.

Honnan tudjuk, hogy egy betegségért melyik gén felelős?

Honnan tudjuk, hogy egy betegségért melyik gén felelős?

Honnan tudjuk, hogy egy betegségért melyik gén felelős?

Az AR policisztás vesebetegség locusa: 6p21 Zerres K et al.: Mapping of the gene for autosomal recessive polycystic kidney disease (ARPKD) to chromosome 6p21-cen. Nat Genet. 1994 7:429-32

De: a lehetséges gének száma ~100

De: a lehetséges gének száma ~100

A jövő – a teljes genom szekvenálása 1000$-ért ?

Jó-e tudni? A kutató szemszögéből

A gén azonosításával a kódolt fehérje funkcióját vizsgálhatjuk A PKHD1 által kódolt fehérje, a polyductin: - szerkezete receptorra emlékeztet - a primer csillóban található!

A veseciszta-képződés patomechanizmusa Miért alakul ki a ciszta A veseciszta-képződés patomechanizmusa Miért alakul ki a ciszta? Hogyan vezet ezen 30 gén mutációja cisztához?

A csilló, mint a sejtosztódás iránytűje működik Hibás működése esetén nem tubulus képződik, hanem ciszta Defects of cystoproteins lead to disruption of planar cell polarity and thereby to renal cysts through to malorientation of the centrosome or mitotic spindle complex. Correct orientation of the mitotic spindle and centrosomes with respect to the longitudinal axis of the tubule is critical for proper planar cell polarity (i.e., the orientation of an epithelial cell layer in three-dimensional space). Noncanonical Wnt signaling (see Figure 6) is involved in regulation of planar cell polarity during renal tubular morphogenesis; in rodents 2 wk post partum, the tubules still elongate. The structure that would result from disruption of this longitudinal orientation is a dilated tubule or cyst. Adapted from Germino.31 Hildebrandt F et al. JASN 2009;20:23-35 ©2009 by American Society of Nephrology

Hányféle betegséget okozhat egy gén? MKS3 Idegrendszer Vese Máj Egyéb Szindróma Smith et al., Nat Genet, 2006 Meckel-Gruber szindróma

Hányféle betegséget okozhat egy gén? MKS3 Idegrendszer Vese Máj Egyéb Szindróma Smith et al., Nat Genet, 2006 Meckel-Gruber szindróma Baala et al, Am J Hum Genet, 2007 Joubert szindróma

Változatos pleiotropia – MKS3 Hányféle betegséget okozhat egy gén? Változatos pleiotropia – MKS3 MKS3 Idegrendszer Vese Máj Egyéb Szindróma Smith et al., Nat Genet, 2006 Meckel-Gruber szindróma Baala et al, Am J Hum Genet, 2007 Joubert szindróma Brancati et al., Hum Mutat, 2008 COACH szindróma

Változatos pleiotropia – MKS3 Hányféle betegséget okozhat egy gén? Változatos pleiotropia – MKS3 MKS3 Idegrendszer Vese Máj Egyéb Szindróma Smith et al., Nat Genet, 2006 Meckel-Gruber szindróma Baala et al, Am J Hum Genet, 2007 Joubert szindróma Brancati et al., Hum Mutat, 2008 COACH szindróma Otto et al., J Med Genet, 2009 - Boichis betegség

Ezen nagyfokú variabilitás a különböző mutáció-típusokra vezethető vissza

Az MKS3 allélok és a fenotípus közötti kapcsolat

Jó-e tudni? A kutató szemszögéből: mérföldkő

A kezelőorvos szemszögéből Jó-e tudni? A kezelőorvos szemszögéből

A kezelőorvos szemszögéből az esetek döntő részében pusztán megerősíti a diagnózist: ekkor csak a vizsgálatok szükségességének (recesszív policisztás vesebetegség) illetve a prognózis megítélésében segít (rossz prognózisú betegségben különösen fontos)

Egyes esetekben a mutáció-szűrés megelőzheti a vesebiopsziát Nephronophthisis (1:100.000) A gyermekkori krónikus veseelégtelenség 6-10%-áért felelős

Az NPHP1 homozigóta deléció – a nephronophthisis leggyakoribb oka ~300kb 45kb 45kb NPHP1 Saunier et al., Am J Hum Genet, 2000 A homozigóta deléció kimutatása költségkímélő , egyszerű, és feleslegessé teszi a biopsziát.

A kezelőorvos szemszögéből az esetek döntő részében pusztán megerősíti a diagnózist: ekkor csak a vizsgálatok szükségességének illetve a prognózis megítélésében segít ritkán a terápiát közvetlenül is befolyásolja

Gyermekkori betegségek, melyekben a terápiát közvetlenül befolyásolja a genetikai diagnózis Szteroid-rezisztens nephrosis szindróma Neonatalis diabetes mellitus Akut lymphoid leukemia Neuroblastoma

Nephrosis szindróma (1:6.000) Immunológiai betegség Szteroid-szenzitív vagy -dependens Szteroid-rezisztens 20% 80% Podocyta vagy basal membrán strukturális fehérje-károsodás Immunológiai 50%

Szteroid-rezisztens nephrosis szindróma Strukturális fehérje károsodás Nincs szükség immunszuppresszív kezelésre A transzplantátumban nem újul ki! Immunológiai eredet Immunszuppresszív kezelés szükséges A betegség megjelenhet a transzplantált vesében is

Újszülöttkori diabetes mellitus (kezdet: <6 hó, 1:100.000-500.000) Brinkman et al. Nature Reviews Genetics 2006 Permanens (50%) Tranziens (50%) KCNJ11 (Kir6.2) 35-50% ABCC8 (SUR1) ~7% ABCC8 (SUR1) ~15% KCNJ11 gene encoding Kir6.2 — The most common cause of permanent neonatal diabetes is due to activating mutations in the KCNJ11 gene, which encodes Kir6.2 [27-29]. The diagnosis is made within the first two months of life [27]. Infants are small for gestational age but exhibit postnatal catch-up growth with insulin therapy [30]. Affected patients can also have neurologic abnormalities including severe developmental delay, epilepsy, muscle weakness, and dysmorphic features [27]. These findings are also known as the DEND syndrome (developmental delay, epilepsy, neonatal diabetes) [31]. Subcutaneous insulin was routinely used in the past to treat patients with this disorder. However, oral sulfonylurea therapy appears to be more effective in controlling hyperglycemia [32,33]. In a study of 49 patients with neonatal diabetes due to activating mutations of KCNJ11 gene, 44 were able to discontinue insulin therapy after starting oral sulfonylurea therapy [32]. In patients switched to sulfonylurea therapy, insulin secretion and glycated hemoglobin (8.1 to 6.4 percent) improved. SUR1 — Activating mutations of the ABCC8 gene, which encodes SUR1 (the type 1 subunit of the sulfonylurea receptor), can cause both transient and permanent forms of neonatal diabetes. In a series of 73 patients with neonatal diabetes, nine had activating mutations of the ABCC8 gene [34].

Akut lymphoid leukemia A leggyakoribb gyermekkori malignitás. Jó prognózis Rossz prognózis t(1,19) (5%) t(12,21) (20-25%) hyperdiploid t(9,22) (Ph+) (3-4%) t(4,11) (5%) hypodiploid Alacsony rizikó 5 éves túlélés: ~90% Nagyon magas rizikó 5 éves túlélés: 46% Ross et al. Blood 2003;102:2951-9

Neuroblastoma A 3. leggyakoribb gyermekkori malignitás. Az N-myc gén 50-400x amplifikációja a neuroblastomák 25-30%-ában található meg. Rossz prognózissal társul: Stage I vagy II neuroblastomában a teljes túlélés az N-myc gén-amplfikáció függvényében: 72 vs. 90% (n = 2660) Deletions of 1p are highly associated with amplification (increased copy number) and overexpression of the oncogene MYCN (also called N-myc), a close relative of the oncogene c-myc that resides on chromosome 2p24-25 [51,55]. Gene overexpression results in persistently high levels of the MYCN protein, a DNA binding transcription factor known to cause malignant transformation in both in vitro and in vivo tumor models [56,57]. A 50- to 400-fold amplification of MYCN is found in approximately 25 percent of neuroblastomas and is an indicator of poor prognosis [58-63]. The prognostic significance of MYCN amplification was illustrated by a study of 2660 patients with stage 1 or stage 2 neuroblastoma from the International Neuroblastoma Risk Group (INRB) database (table 2) [63]. Patients with MYCN-amplified tumors had significantly worse event-free and overall survival (53 versus 90 and 72 versus 98 percent, respectively) compared to those without MYCN amplification. A similar impact of MYCN amplification was observed in a study of 110 infants with stage 4S neuroblastoma, in whom survival was significantly worse for those with MYCN amplification compared to those without amplification (<50 versus >90 percent) [62]. Among children with stage 4 neuroblastoma and without amplification of MYCN, prognosis is depends upon age [64]. In a study from the Children's Cancer Group, the six-year event-free survival rates for those under 12 months, 12 to 18 months, 18 to 24 months, and over 24 months was 92, 74, 31, and 23 percent, respectively. The absence of MYCN amplification and the absence of other structural abnormalities, such as in 11q or 17q, can define low-risk tumors [65]. Deletions of 11q and/or 14q are detected in 25 to 50 percent of neuroblastomas [49,50,65]. Neuroblastomas that are characterized by these changes generally lack 1p deletions and MYCN amplification, and they appear to represent a distinct tumor subtype (see 'Genetic model of neuroblastoma development' below [66].

A kezelőorvos szemszögéből az esetek döntő részében pusztán megerősíti a diagnózist: ekkor csak a vizsgálatok szükségességének illetve a prognózis megítélésében segít ritkán a terápiát közvetlenül is befolyásolja kivételes esetekben pedig genetikai terápia lehetősége is felcsillan

Stop kodon szuppresszió, terápiás lehetőség stop mutáció esetén

A fehérje transzlációját mindig egy STOP kodon zárja le (TAA, TAG vagy TGA)

Egy bázis mutációja korai stop kodon kialakulásához vezethet

A korai stop kodon inkomplett transzlációhoz, csonka fehérje képzéséhez vezet

Egy PTC124 (ataluren) nevű szer képes szupprimálni a korai stop kodon hatását

A PTC124 kezelés hatására expresszálódik a disztrofin fehérje a stop mutációt hordozó sejtekben Duchenne

Mi lesz, ha igazolódik a PTC124 hatása? Nem lesz mindegy, hogy ki milyen mutációt hordoz (egy kórképben sem). Kulcskérdés lesz a genetikai diagnosztika.

Jó-e tudni? A kutató szemszögéből: mérföldkő A kezelőorvos szemszögéből: ritkán jelent terápiás támpontot de a diagnosztikában/prognózisban jelentős támasz

Jó-e tudni? A szülő szemszögéből

A szülő szemszögéből I. Ha van már beteg gyermek a családban Biztosítja a szülőt a diagnózis felől Lehetővé teszi második gyermek vállalása esetén a gyermek érintettségének megítélését Ha terápiás következménye van, akkor egy rendkívül várt eredmény

A szülő szemszögéből II. Ha nincs beteg gyermek a családban Minden ember ~250 mutáns allélt hordoz (a gének 1%-a!) Senki nincs tudatában ennek, csak akkor, ha a házastársával ugyanabban a génben hordoznak mutációt. De még ekkor sem mindig...

hogy a gyermeke beteg lehetett volna Az egy- és kétgyermekes szülők többsége nem tudja, hogy születhetett volna beteg gyermekük! 9/16 potenciálisan beteg gyermeket nemző kétgyermekes szülőpár nem tudja, hogy a gyermeke beteg lehetett volna

A szülő szemszögéből III A szülő szemszögéből III. Ha a gyermekük beteg, de tünetmentes, és nincs terápiás következménye a diagnózisnak ADPKD újszülöttkori diagnózisa A szülők a gyermekükért kezdenek aggódni 20-30 évvel az első tünetek megjelenése előtt, tehetetlenül. Miért?

Jó-e tudni? A kutató szemszögéből: mérföldkő A kezelőorvos szemszögéből: az esetek kis részében jelent csak terápiás segítséget de a diagnosztikában/prognózisban jelentős támasz A szülő szemszögéből: a betegség eredetének megértésében családtervezésben komoly segítség de tehetetlenül előre tudni komoly teher

A gyermek szemszögéből Jó-e tudni? A gyermek szemszögéből

A tünetmentes gyermek (testvér) szemszögéből Ha nincs terápiás következménye, akkor teljesen felesleges teher. Ha a szülő kérésére megnézhetnénk, a gyermek már nem dönthetné el, hogy szeretné-e tudni. Vannak olyan ismeretek, amikhez nem érdemes hozzájutnunk. A törvény nem teszi lehetővé.

Jó-e tudni? A kutató szemszögéből: mérföldkő A kezelőorvos szemszögéből: az esetek kis részében jelent csak terápiás segítséget de a diagnosztikában/prognózisban jelentős támasz A szülő szemszögéből: a betegség eredetének megértésében családtervezésben komoly segítség A tünetmentes gyermek számára: ha nincs terápiás következmény, felesleges teher